Java多线程volatile原理及用法解析

首先volatile有两大功能：

保证线程可见性

禁止指令重排序

1、保证线程可见性

首先我们来看这样一个程序，其中不加volatile关键字运行的结果截然不同，加上volatile程序能够正常结束，不加则程序进入死循环；

package com.designmodal.design.juc01;import java.util.concurrent.TimeUnit;/** * @author D-L * @Classname T001_volatile * @Version 1.0 * @Description volatile 保证线程的可见性 * @Date 2020/7/19 17:30 */public class T001_volatile { //定义一个变量running volatile boolean running = true; public void m(){ while(running){ //TODO 不做任何的处理 System.out.println('while is running When can I stop -------------'); } System.out.println('method is end ---------------'); } public static void main(String[] args) { T001_volatile t001_volatile = new T001_volatile(); new Thread(t001_volatile::m , 'Thread t1').start(); //停一秒 try { TimeUnit.SECONDS.sleep(1); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } //修改running的值 t001_volatile.running = false; }}

通过上面的小程序说明volatile是具有保证线程之间的可见性的功能的，具体是如何实现的呢？下面给大家解释一下：

之前在上一篇讲synchronized时提到了 堆内存是线程共享的，而线程在工作时有自己的工作内存，对于共享变量running来说，线程1和线程2在运行的时候先把running变量copy到自己工作内存，对这个变量的改变都是在自己的工作内存中，并不会直接的反映到其他线程，如果加了volatile，running变量改变其他线程很快就会知道，这就是线程的可见性；

这里用到的是：MESI(CPU缓存一致性协议) MESI的主要思想：当CPU写数据时，如果该变量是共享数据，给其他CPU发送信号，使得其他的CPU中的该变量的缓存行无效；归根结底这里需要借助硬件来帮助我们。

volatile保证线程可见性但是不能代替synchronized：

package com.designmodal.design.juc01;import java.util.ArrayList;import java.util.List;/** * @author D-L * @Classname VolatileAndSynchronized * @Version 1.0 * @Description synchronized can not be replaced by volatile *volatile 不能代替synchronized *只能保证可见性 不能保证原子性 *count++ 不是原子性操作 * @Date 2020/xx/xx 23:25 */public class VolatileAndSynchronized { volatile int count = 0; public synchronized void m(){ for (int i = 0; i < 1000; i++) { //非原子性操作 汇编指令至少有三条 count++; } } public static void main(String[] args) { VolatileAndSynchronized v = new VolatileAndSynchronized(); List<Thread> threads = new ArrayList<>(); for (int i = 0; i < 10; i++) { threads.add(new Thread(v::m , 'Thread'+ i)); } threads.forEach(o ->o.start()); threads.forEach(o ->{ try {o.join(); } catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace(); } }); System.out.println(v.count); }}

2、禁止指令重排序

指令重排序也是和CPU有关系，加了volatile之后，每次写都会背线程看到。CPU原来执行指令时，是按照一步一步顺序来执行的，但是CPU为了提高效率它会把指令并发来执行，第一个指令执行到一半的时候第二条指令就可能已经开始执行了，这叫流水线式的执行；为了充分的利用CPU，就要求编译器把编译完的源码指令，可能会进行一个指令重新排序；这种架构通过实际验证，很大效率上提高了CPU的使用效率。

下面从一个面试题来讨论一下指令重排序：

面试官:你听过单例模式吗？

你：当然听过，不然没法聊了。

package com.designmodal.design.juc01;import java.util.concurrent.TimeUnit;/** * @author D-L * @Classname T002_volatile * @Version 1.0 * @Description volatile 指令重排序 * @Date 2020/7/20 00:48 */public class T002_volatile { //创建私有的 T002_volatile 有人会问这里的volatile要不要使用，这里的答案是肯定的 private static /**volatile*/ volatile T002_volatile INSTANCE; public T002_volatile() {} public T002_volatile getInstance(){ //模拟业务代码 这里为了synchronized更加细粒度，所以使用了双重检查 if(INSTANCE == null){ synchronized (this){ //双重检查 if(INSTANCE == null){ //避免线程之间的干扰 在这里睡一秒 try { TimeUnit.SECONDS.sleep(1); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } //创建实例对象 INSTANCE = new T002_volatile(); } } } return INSTANCE; } /** * 创建100个线程 调用getInstance() 打印hashcode值 * @param args */ public static void main(String[] args) { T002_volatile t001_volatile = new T002_volatile(); for (int i = 0; i < 100; i++) { new Thread(() ->{T002_volatile instance = t001_volatile.getInstance();System.out.println(instance.hashCode()); }).start(); } }}

在上述的代码中：INSTANCE = new T002_volatile(); 经过编译后的指令是分三步的

1、给指令申请内存

2、给成员变量初始化

3、把这块对象的内容赋给INSTANCE

在第二步这里既然已经有默认值了，第二个线程来检查，发现已经有值了根本就不会进入锁住的那份代码；加了volatile就不会出现指令重排序了，所以在这个时候一定要保证初始化完成之后才会赋值给这个变量，这就是volatile存在的意义。

以上就是本文的全部内容，希望对大家的学习有所帮助，也希望大家多多支持好吧啦网。